[21세기 과학 대탐험](2)지능형 마이크로시스템

2011년 2월 어느 날.과중한 업무에 시달리는 A씨는 최근에 시작한 프로젝트에 대한 부담 때문인지 소화도 잘 안되고 가끔은 배에 통증을 느끼기도 한다.병원에 가자니 시간도 없고 진단기구들이 부담스러워 썩 마음이 내키지 않는다.마음은 무겁지만 차일 피일 병원가기를 미루던 A씨는 통증 때문에 며칠밤잠을 설치고 나서야 주치의에게 전화를 건다.“병원에 오실 필요 없습니다.근처 약국에서 새로 개발된 ‘캡슐 내시경’을 하나 사서 드시면 됩니다.

” 그냥 조그만 알약 같은 것을 먹기만 하면 어느 부분이 어떻게 잘못돼서아픈지를 알 수 있는 시스템이 개발됐다는 주치의의 한마디에 그의 얼굴에드리웠던 그늘도 금새 사라졌다.

10년 뒤 상용화를 목표로 최근 연구가 시작된 이 캡슐형 내시경은 위,장,자궁 등으로 찾아가 스스로 움직이면서 초소형 적외선 영상 진단장치나 초소형광학장치를 이용해 원하는 부위를 촬영, 자체에 내장된 정보 저장장치에 저장하거나 마이크로 텔레메트리(근거리통신) 방식으로 외부의 단말기를 통해몸 속의 상태를 실시간으로보여준다.

캡슐형 내시경은 기존 내시경의 역할을 수행할 수도 있고,가정이나 직장과같이 병원이 아닌 곳에서는 개개인이 가지고 있는 마이크로 PDA(개인디지털정보장치·Personal Digital Assistant)에 정보를 무선으로 전달하기도 한다.이 정보는 단골 병원의 담당의사 컴퓨터 단말기로 바로 전송돼 빠른 시간내에 고통 없이 내시경 진단을 할 수 있다.마이크로 PDA는 영상정보 뿐 아니라 몸에 이상이 생겼을 때 조직검사를 하기 위한 샘플채취용 검사장치와 이를 자동으로 분석하는 마이크로 진단장치를 내장하고 있다.따라서 유전자나이종(異種) 단백질의 종류를 조사,질병을 진단하기 위한 각종 정보를 한눈에알아 볼 수 있게 해 준다.

이러한 ‘캡슐형 내시경’이나 ‘마이크로 PDA’와 같은 첨단 시스템이 가능한 이유는 바로 마이크로시스템 기술의 발전 덕분이다.

마이크로 시스템기술은 놀라운 속도로 발전을 거듭하고 있는 반도체 기술에서 얻어진 실리콘 공정기술과 고집적(高集積)전자회로칩 기술을 바탕으로 한다.눈으로 볼 수 없을 정도로 소형화된부품과 이에 동반한 마이크로 조립기술,시스템화 기술 등이 집약된 종합기술이다.응용분야는 지난 10여년 동안일본의 통산성(MITI) 연구 프로그램에서 추진해 온 소형 파이프의 내부 검사용 마이크로 로봇에서부터 마이크로 모터,마이크로 가속도센서 등과 같은 부품에 이르기까지 다양하다.

하루가 다르게 급속히 발전하는 마이크로 부품 및 시스템 기술은 반도체의발전이 인간 생활에 미친 영향 이상으로 인간생활에 큰 변혁을 가져올 것이확실하다.

장기 내부를 직접 관찰하여 암이나 혹은 궤양과 같은 이상 병변 유무를 판단하는 내시경도 비타민 크기정도로 소형화한 캡슐형 내시경으로 대체,환자들에게 보다 쉽게 적용할 수 있을 것이다.

앞으로는 뇌졸중으로 언제 쓰러질지 몰라 걱정이 태산같은 고혈압 환자,심장질환으로 항상 페이스 메이커를 달고 다니는 심장병 환자들은 걱정을 잊고생활 할 수 있게 된다. 몸 속에 사람이 느낄 수 없을 정도의 작은 크기로 혈압을 측정하는 센서를 내장,기준치 이상으로 혈압이 높아지게 될 때 센서와함께 내장된 마이크로 약물 투입장치를 통해 혈압 강하제가 주사된다.동시에무선으로 비상상황임을 병원에 알린다.

담당 의사의 컴퓨터,긴급구조반의 컴퓨터와 연결된 마이크로 PDA에는 개인GPS(지리정보시스템·Global Position System)가 내장돼 있기 때문에 환자의위치와 혈압 등의 생체 정보는 곧바로 병원으로 전달돼 응급처치를 받을 수있다.

마이크로시스템 기술의 발달에 따라 21세기 초반에 실현될 수 있는 또 다른응용분야는 정보통신 분야에서의 혁명이다.수년 내로 개인용 컴퓨터는 화상통신도 가능하고 인터넷에 접속할 수도 있으면서 능동적으로 인체내의 모든정보를 처리하여 인간의 복지향상에 지대한 역할을 할 수 있을 것이다.현재의 기술 수준으로도 명함크기 정도의 PDA형 컴퓨터가 만들어질 수도 있지만앞에서 언급한 모든 기능을 포함한 착용가능한 컴퓨터(Wearable Computer)는지능형 마이크로 시스템 기술의 개발과 더불어 가능하게 될 것이다.

모든 기계의 크기는 더욱 작아지지만 기능은 더욱 고도화 된다.

명함 크기의 컴퓨터이지만 화면은 지금의 컴퓨터보다 더 크고 가상 공간에서도 실제상황 같은 화면을 얻을 수 있는 버추얼 디스플레이(Virtual Display)도 가능해 질 것으로 전망된다.현재의 컴퓨터는 자판을 이용해서 정보를입력하지만 미래의 휴대형 컴퓨터는 크기가 작아지기 때문에 자판을 들고 다닐 수는 없으므로,음성으로 정보를 입력하든지 또는 가상의 자판을 만들어서정보를 입력하든지 전자펜과 같은 정보 입력장치 등이 상용화 될 것으로 예측된다.또한 마이크로 PDA로부터 명령받은 정보가 사람이 착용한 안경면 위에 컴퓨터 화면과 같이 나타나 걸어다니면서 그때 그때 정보를 바로 볼 수있는 시스템의 구축도 가능할 것이다.

현재 국내에서도 이러한 마이크로시스템 기술의 중요성을 인식하여 과학기술부에서는 21세기 프론티어 연구사업의 하나로서 지능형 마이크로시템 사업을 추진하고 있다.이와 관련한 인터넷 홈페이지는 http:///www.microsystem.

re.kr 이다. ◈朴鍾午◈ ▲45세 ▲연세대 공과대학 졸업 ▲한국과학기술원(KAIST) 공학석사 ▲독일슈투트가르트대학 공학박사(로봇공학) ▲독일프라운호퍼자동화연구소 객원연구원 ▲과학기술부 선정 21세기프론티어 지능형 마이크로시스템 연구개발단장 [박종오 한국과학기술연구원 시스템연구부 책임연구원] *의료분야 마이크로머신 ‘의사는 주사기로 세균크기의 잠수정을 환자의 몸속에 주입한다.잠시 후잠수정은 혈관을 타고 암세포에 이르러 암세포를 섬멸한 뒤 환자의 눈물을타고 밖으로 나온다.’ 공상과학소설가로도 유명한 물리학자 아이작 아시모프가 지난 66년에 쓴 ‘환상의 항해’에 기술된 이 상황은 이제 더 이상 픽션이 아니다.마이크로머신의 발달은 소설이나 영화속에서만 가능했던 이같은 상황을 실현하는데 결정적인 역할을 한다.

마이크로머신이란 크기가 수 마이크로미터(1㎛=100만분의 1m)에서 수㎜에이르는 초소형 기계.의료 분야에서는 혈관 속에 투입돼 진찰과 치료기능을수행하는 로봇,미사일처럼 아픈 부위에 약물을 싣고 가서 선택적으로 치료해주는 지능형 알약을 개발하는 연구가 한창이다.

실제로 지난 해 4월 독일 일메나우공대의 연구팀은 성냥개비보다 가늘고 성냥개비반 만한 크기에 3개의 독립적인 분절로 구성된 초미니 ‘로봇벌레’를 개발했다.이 인공벌레는 교묘한 추진시스템을 가지고 있기 때문에 인체의정맥이나 동맥과 같은 복잡한 형태의 관 속에 들어가 진찰, 청소기능을 수행한다.마이크로 카메라나 초소형 핀셋,메스 등을 장착하면 대수술을 하지 않고도 심장수술을 수행하는데 이용할 수 있다고 연구팀은 전망하고 있다.

미국과 독일 연합연구팀은 최근 마이크로칩이 내장된 알약으로 아픈 부위만선택적으로 치료할 수 있는 지능형 알약을 개발했다.의료진들은 이같은 신기술이 환자들의 생활을 편리하게 해 줄뿐 아니라 고통을 크게 줄여줄 수 있을 것으로 전망하고 있다.하지만 더욱 반가운 것은 현재 부유층 등 극히 일부 사람만이 누릴 수 있는 첨단의료기술이 보편화될 것이란 점이다.

함혜리기자